PENGUKURAN FLUKS DAN SPEKTRUM NEUTRON 01 FASILITAS DOPING SILIKON RSG-GAS

Prosiding Seminar Tekn%gi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir - IV
Serpong. 10- 11 Desember 1996

ISSN

0854-2910

PENGUKURAN FLUKS DAN SPEKTRUM NEUTRON
01 FASILITAS DOPING SILIKON RSG-GAS
Amir Hamzah
Pusat Reaktor Serba Guna - SATAN

Abstrak
PENGUKURAN FLUKS DAN SPEKTRUM NEUTRON 01 FASILITAS
DOPING SILIKON RSG-GAS. Pengukuran fluks dan spektrum neutron di fasilitas
silikon doping RSG-GAS telah dilakukan dengan metode aktivasi keping. Oalam
pengukuran distribusi fluks neutron termal, empat buah keping cobalt-aluminium
dan tiga buah keping nikel diletakkan di tengah kapsul secara berselang-seling
berjarak tiga cm, demikian pula untuk di pinggir kapsul digunakan tiga buah cobaltaluminium dan ernpat buah kepin';)nikel. Sedangkan pengukuran spektrum neutron
dilakukan di sekitar tengah kapsul yang berdiameter 12,5 cm (5 inci) dart panjang
30 cm menggunakan keping : Co, Cu, Au, Sc, Ag, Fe, Ti, Ni, Mg, AI dan Nb yang

sebagiannya dibungkus cadmium. Hasil pengukuran fluks neutron termal rerata di
pinggir kapsul sebesar 8,26E12 n/cm2s dan ditengah sebesar 7,89E12 n/cm2s,
sedangkan fluks neutron cepat di pinggir kapsul sebesar 3,73E11 n/cm2s dan di
tengah sebesar 3,66E11 n/cm2s. Oengan demikian dapat dikatakan bahwa
distribusi fluks neutron di dalam fasilitas doping silikon RSG-GAS secara radial
cukup merata dengan perbedaan kurang dari 5%. Hasil penentuan fluks neutron
dari hasil pengukuran spektrum neutron pada daerah termal 0,55 eV yaitu energi
cut-off' cadmium) cukup dekat dengan hasil pengukuran fluks neutron termal di
atas dengan perbedaan sekitar 15%, demikian pula untuk fluks neutron cepat (> 1
MeV yaitu energi efektif keping nikel) dengan perbedaan sekitar 16%.
«

Abstract
NEUTRON FLUX AND SPECTRUM MEASUREMENT AT SILICON
DOPING FASCILITY OF THE RSG-GAS. Neutron flux and spectrum neasurement
was done using foil activation method. Four cobalt-aluminium and three nickel foils
was lined along capsule centre with 3 cm pitch and three Co-AI and four Ni foils at
the end of capsule. Co, Cu, Au, Sc, Ag, Fe, Ti, Ni, Mg, AI and Nb foils were used for
neutron spectrum measurement around the center of the capsule of 12,5 cm
diamater and 30 cm length. The average of thermal neutron flux in the centre of the

capsule is 7.89E12 n/cm2sand at the end of the capsule is 8.26E12 n/cm2s, and
the average of fast neutron in the centre of the capsule is 3.66E11 n/cm2s and at
the end of capsule is 3.73E11 n/cm2s. Hence, it can be concluded that the radial
distribution of thermal and fast neutron is quite uniform with discrepancy less then
5%. Neutron flux inferred from neutron spectrum mesurement at thermal region
0,55 eV of cadmium cut-off energy) is quite close to thermal neutron flux
determined from the flux measurement with discrepancy about 15%, and for fast
neutron flux (> 1 MeV of Ni effective energy) the discrepancy is about 16%.
«

"'A"

Prosidin; Ss-,nar
Serpon;.

I.

;:

-

fSSN

Teknofogi dan Kese/amatan PL TN Ser1a Fasifdas Nuk/ir-IV

11 Oesember

0854-2910

1996

PENDAHULUAN
Di dalam penelitian "penyisipan" (doping) kristal silikon oleh pengotor inti

foster, hasil dari transmutasi inti silikon yang menangkap sebuah neutron termai,
diperlukan data fluks neutron termal dan bentuk spektrum neutron untuk seluruh
energi neutron di fasilitas tempat proses doping silikon tersebut terjadi. Untuk
memperoleh hasil penelitian yang baik diperlukan data fluks dan spektrum neutiOn
yang akurat. Cukup banyak metoda pengukuran fluks dan spektrum neutron yang
telah dikembangkan, salah satunya adalah metoda aktivasi neutron. Prinsip dari

metoda tersebut cukup sederhana yaitu dengan mengaktifkan suatu material (foil)
yang telah diketahui kadar dan karakteristiknya bila bereaksi dengan neutron,
kemudian bahan tersebut diukur aktivitasnya dengan sistem peralatan spektrometri
gamma Pada makalah ini dibahas secara garis besar proses pengaktifan keping,
pengukuran aktifitas keping serta penentuan fluks dan spektrum neutron di fasjjjtas
silikon dopping RSG-GAS.
Fluks neutron termal dan neutron cepat ditentukan dar'i hasil pengukuran
aktivitas jenuh per inti dari keping yang telah diiradiasi Sedangkan spektrum
neutron ditentukan dengan

paket program pengaturan spektrum SAND-II

berdasarkan data masukan aktivitas jenuh per inti dari seluruh keping yang
digunakan dan spektrum perkiraan awal sebagai. Paket program ini menggunakan
metoda gangguan iteratif dalam mencapai kecocokan terbaik (best-fit) spektrum
neutron dari data masukan aktivitas seluruh keping yang dipakai terhadap
spektrum awal. Untuk memperoleh hasil penentuan spektrum yang akurat
hendaknya digunakan spektrum awal yang berasal dari perhitungan teoritis yang
mendekati kondisi teras yang sebenarnya.

II. TEORI
11.1.Aktivasi keping

1,2,3)

Apa bila sebuah keping diiradiasi di dalam reaktor selama waktu tj maka
akan terjadi reaksi inti target dengan neutron yang menumbuknya dan akan timbul
inti baru yang aktif. Besarnya aktivitas inti yang timbul dapat dituliskansebagai

:

I;
A='ANe-(A+i'h)l;

dengan:

j,
N

fe(A+Ah-i.,,)IP(t)R(f)

a

elf

= tetapan peluruhan isotop yang timbul (s-\
= jumlah inti target,

350

(1)

Pro siding Seminar Teknologi dan Kesefamatan
Serpong. 10 - 11 Desember 1996

- IV

PL TN Serra F;Jsilitas Nuklir

!SSN

0854-2910

Ab

= O'b".,~~f;

,
",: r
~a>
~

1,OE+16

~

1,OE"'14

t:
t:

1,OE+12

~

1,OE+10

E
(,)

~
'5

I/)
.><
::J

u: 1,OE+O8
1,OE+O6

-

-"

_."

Spektrum awal -Spektrum

,...-----

neutronpengukuran
---'-"""'-"

1 ,OE+O4
1,OE-10

1,OE-OB

1,OE-O4

1.0E-O6

1.0E-O2

1.0E+OO

Energi (MeV)

Gambar 4. Spektrum neutron di fasilitas Si-dopping RSG-GAS

358

1.0E+O2

Prosiding

Seminar

Serpong.

10 - 11 Des ember

Tekno/ogi

dan Keselamatan

PL TN SMa

Fasilitas

Nuklir

ISSN

- IV

CE5~-2910

1996

KESIMPULAN
Fluks dan spektrum neutron di fasilitas silikon doping RSG-GAS telah
ditentukan. Hasil pengukuran fluks neutron termal dan neutron cepat rerata di
bagian pingglr dan ditengah kapsul berbeda kurang dari 5%, maka dapat dikatakan
bawa distribusi fluks neutron di fasilitas silikon dopping cukup merata.
Hasil penentuan fluks neutron yang diperoleh dari pengukuran spektrum
neutron (IV.2) pada daerah termal cukup dekat dengan hasil pengukuran fluks
neutron termal (IV.1) di atas dengan perbedaan sekitar 15%, demikian pula untuk
fluks neutron cepat berbeda sekitar 16%.

UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada
semua fihak baik langsung maupun tak langsung atas terselesaikannya makalah
ini. Ucapan terima kasih tersebut terutama disampaikan kepada Kepala dan stat
bidang Operasi Reaktor dan Balai Keteknikan Iradiasi PRSG khususnya kepada
Sdr. Sutrisno dalam proses iradiasi. Dan tentunya juga disampaikan ucapan terima
kasih kepada Kepala Bidang dan rekan-rekan di Bidang Fisika Reaktor PRSG
khususnya Sdr. Jaka Iman.

DAFTAR PUSTAKA
1. KH. BECKURTS and K WIRTZ, "Neutron Physics", Springer Verlag, New
York,1964.
2.

IAEA Tech.Rep., Series no. 107, "Neutron Fluence Measurement", 1970.

3. SANG

JUN

PARK,

DENJIRO

NEMOTO

and

FUNIO

SASAJIMA,

"Measurement of Neutron Spectrum by Activation Detectors", Japan, 1990.
4.

M.A. BERZONIS, et all., "Neutron Dosimetry System SAIPS : Manual for users
and programers", version 87-02, INDC, IAEA NOS, 1987.

5. OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY, "RSIC Computer Code Collection
SAND II; Neutron Flux Spectra Determination by Multiple foil Activation,
Iterative Method", CCC-112 AFWL-TR 67-41, Volume I-IV BNWL-855,

Prosidlr'; S~ ,mar ie.:n:;:;; can Keselamalan PL TN Sene Faslli:as N";'!!f.

Serp:;::2.:-

/'/

I$$N

085~.2910

':::ese:;;~e:;;c

DISKUSI

Pertanyaan : (Yudi)
Alasan digunakannya

nikel pad a pengukuran fluks neutron ini ?

Jawab : (Amir Hamzah)
Alasan digunakannya nikel pada pengukuran fluks neutron ini adalah :
Cakupan daerah energi tangkapan neutronya lebih lebar dari keping-keping
lain seperti Ti. Mg, AI dan yang lainnya.

Pertanyaan : (Ir. Sri Wardani M.Eng.)
1

Apakah yang dimaksudkan dengan metoda gangguan iteratif ?

2. Alasan-alasan apakah dalam pengukuran fluks neutron termal dan
cepat menggunakan keping 0,483% Co-AI dan Ni ?
Jawab : (Amir Hamzah)
1. Metode gangguan iteratif pada penentuan spektrum neutron adalah
mengubah bentuk spektrum awal terhadap data aktivitas hasil
pengukuran yang dilakukan secara iteratif hingga dicapai kriteria
penghentian iterasi.
2. Alasan penggunakan keping-keping tersebut adalah :
a) Keping 0,483% Co-AII.mtuk mengukur fluks neutron termal, karena :
i)

memiliki karakteristik tampang lintang aktivasi yang besar pada
daerah energi termal dan kedl pada daerah energi tinggi,

ii)

rnemiliki waktu paruh yang panjang sehingga memperkecil koreksi
waktu iradiasi yang cukup lama (12 jam; untuk mendapatkan aktivitas
keping yang memadai),

iii)

kadar Co yang sangat kecil (0,483%) menghindari faktor koreksi
perisai diri (self shielding).

b.

Keping nikel digunakan untuk mengukur neutron cepat, karena :

iv) alasannya seperti jawaban untuk Sdr. Yudi.

Pertanyaan : (M. Natsir)
1.

Berdasarkan reaksi inti dari semua unsur yang saudara analisa. unsur.

apakah yang terbesar fluks neutronnya ?
2

Bagaimana pendapat anda dalam hal menentukan besaran (nilai) fluks?

360

Prosiding
Serpong.

Seminar Teknologi dan Keselamatan
10 - 11 Desember 1996

PL TN Serra Fasilitas Nuklir

- IV

ISSN

085-1-2910

Jawaban : (Amir Hamzah)
1. Tiap-tiap unsur digunakan untuk. mengukur daerah energi neutron
tertentu sehingga tidak dapat dikatakan unsur tertentu akan mengukur
fluks neutron yang lebih besar terhadap unsur yang lainnya Dalam
penentuan spektrum neutron ini digunakan sebanyak mungkin unsur
untuk menglingkup (meng-cover) seluruh energi neutron yang terdapat
pada tempat yang diukur spektrum neutronnya (pada makalah ini pada
posisi fasilitas silikon doping).
2.

Dalam hal pengukuran fluks neutron hendaklah kita definisikan rentang
energi yang diukur fluks neutronnya.